Delprojekt 3 Energieffektivisering genom flödesexciterad resonansförstärkt och ultraljudskontrollerad kavitation

Projektledare

Örjan Johansson, Luleå Tekniska Universitet

Projektgrupp
Vijay Shankar, ÅF-Industry AB
Torbjörn Löfqvist, Luleå tekniska universitet
Lennart Salmén, Innventia AB
Matthias Wanske, TU Dresden
Christer Sandberg Holmen
Bengt Wikman, SCA
Göran Bengtsson Stora Enso

Syftet med projektet är att utveckla ett alternativ till raffinörer, baserad på flödesinducerad, resonansförstärkt och ultraljudstyrd kavitation. Målet är att halvera energiförbrukningen för fibrillering och uppmjukning av tjockväggiga granfibrer, samt att öka förståelsen för hur kavitation påverkar cellulosafibrer.

Projektets grundläggande idé är att öka kunskap och förståelse för hur kavitation kan användas och kontrolleras för att koncentrera bearbetningsenergin till frekvensområden som ger effektiv påverkan av fiberväggen och fibrillering av fiberytor. Genom tidigare stöd av ÅForsk och Mekmassainitiativet har idén förädlats och förankrats i branschen. Målet är att utveckla och verifiera en numerisk beräkningsmodell som ska användas för att optimera en konceptlösning för flödesinducerad och ultraljudskontrollerad kavitation. Grundidén innebär kavitation i två steg, se principskiss nedan. Första steget innefattar flödesinducerad tryckexcitation och initiering av kavitationsbubblor. Andra steget innebär att kavitationsgraden regleras och stabiliseras med ultraljud som sänds via rörväggarna som i sin tur exciteras med ultraljudsändare.

Modellering och analys innefattar

• Optimerad dysa som ger upphov till flödesinducerade kavitationsbubblor
• Strukturoptimering för resonansförstärkning i en akustiskt avstämd volym
• Anpassning av ultraljudsexcitering för kontroll och styrning av kavitation
• Bestämning av akustiska egenskaper hos fiber/vatten blandning
• Identifiering av optimal bubbelstorlek och excitationsfrekvens för att ge en energieffektiv koppling mellan piezokristall-struktur-fluid- kavitationsbubblor-fibervägg
• Utveckling av prototyp för experimentell verifiering av kavitationseffekt
• Definierad energiförbrukning och verkningsgrad